Třímilimetrová muška, zvoucí octomilka je k laborování poměrně svolná a tak toho na ní bylo odhaleno již hodně. Třeba že její samečkové produkují nejdelší spermie ze všech organismů na Zemi. Drozofila bifurca je má 5,8 centimetrů dlouhé. Nynější objev se sprosťáren netýká, jak by také mohl, když jej učinili ve výzkumném ústavu kardiovaskulárních záležitostí, který spadá pod universitu státu Kalifornia v San Francisku. Octomilčí buňky, hlavně ty embryonální, tam již delší dobu zkoumá Thomas B. Kornberg. Má k ruce celý tým zahraničních spolupracovníků a tak jim jde práce od ruky. Při kultivaci muších buněk přišli na něco, co jsme zatím znali jen u buněk nervových. Že totiž i obyčejné buňky rostoucího mušího těla se propojují pomocí dlouhých výběžků. Je až s podivem, že si toho nikdo nevšiml už dávno, délka těch chapadel je přitom impozantní -  přesahuje padesátinásobek až stonásobek délky vlastního těla buňky. Podle všeho jim tato výbava slouží ke komunikaci. To, že se buňky domlouvají pomocí peptidů, se ví již delší dobu, ale takzvaný standardní model buněčné komunikace (přednáší ho na školách),  předpokládá, že když buňka chce své kolegyně o něčem zpravit, informaci tak nějak „plivne do prostoru a pak doufá, že se svou peptidovou slinou trefí a nebo že připlave, kam má“. Jak se nyní ukázalo, je to jinak. Buňky na takovou náhodu nehrají. Možná, že ne všechny, ale ty muší, zapletené do vývoje embrya, vystrkují do okolí něco, co vypadá  jako super jemné panožky a těmi se začnou vzájemně osahávat. Nejde jim ale o doteky, jejich vystrčeniny jsou víc než panožky. Jsou trubičkami s funkcí „tichá pošta“. A protože tyto informační trubkovody jsou vyslanci cytoplazmy, nazvali je vědci cytonemy. Jejich prostřednictvím se buňky dovedou představit svému okolí a naopak –  jejich kolegyně stejným zařízením zase informují je. V rámci sousedského klábosení se tak domlouvají na koordinované činnosti. V tomto případě šlo o to, jak z beztvarého zárodečného buněčného disku udělat sofistikovaný zázrak v podobě muších křídel. 

Zvětšit obrázek

Na živé buňce, jejíž cytoplazmatická memrána byla obarvena fluorescenční barvičkou, je vidět dlouhý výčnělek podobný neuronovému axonu. Jeho význam je ale jiný. Nevede elektrické vzruchy polarizací své membrány, ale slouží jako trubka pro doručení signálního proteinu. V muším případě jde o peptid nazvaný decapentaplegic. Je to pokyn k formování tkáně křídla. (Kredit: Thomas Kornberg, UCSF Cardiovascular Research Institute)

Přece i neurony!
Také vás napadla škodolibá poznámka – nic nového pod sluncem? A že se tak domlouvají i neurony, které se rovněž zasíťují pomocí výběžků – dendritů a axonů a dokonce je umí vystrkovat ještě dál. Ty nejdelší sahají z páteře až do  palce u nohy. Klíčovou strukturou která jejich informaci přenáší, je přece také cytoplasmatická membrána. V té neuronální se nachází velké množství iontových kanálů. Za fyziologických podmínek je ve všech nervových buňkách jiná koncentrace různých iontů než v mezibuněčném prostoru, tedy nerovnováha mezi ionty uvnitř a vně buňky a i na vystrčené membráně membráně vzniká potenciál 50 až 90 mV, nesou ho ionty K+, Na+, Cl- . Ty mohou prostupovat membránou. Propustnost iontových kanálů závisí na koncentraci intracelulárního vápníku Ca+. V klidu je proto na membráně membránový potenciál, membrána je tedy polarizována. Na podnět reaguje podle zákona „vše nebo nic“. Buď reaguje vzruchem, nebo ne, a pokud ano, tak s nejvyšší možnou intenzitou. Zatímco vlna depolarizace membrány, která nastává otevřením iontových kanálů a jde o co nejrychlejší přenos informace, u nově odhaleného způsobu buněčné komunikace jde o něco jiného.  Podoba membránových vystrčenin připomínající dendrity, v tomto případě klame.

Zvětšit obrázek

Thomas Kornberg, profesor biochemie a biofyziky na University of California. Kromě zde popsaného objevu má na svém kontě vícero. Jako první charakterizoval enzymy DNA polymeráza II a III. Má slušně našlápnuto na Nobelovku. Tak jako ji v roce 1959 získal jeho otec Arthur Kornberg (na snímku vlevo). (Kredit Stanford News, L.A. Cicero)

Cytonem
Zatímco hovor neuronů probíhá prostřednictvím neurotransmiterů a elektrických impulsů. V tomto případě si buňky povídají signálními proteiny, které si posílají prostřednictvím sítě trubek. Představa trvající sto let, že si sousední buňky buňky předávají signály extracelulární tekutinou, vzala za své. Alespoň u buněk zakládajících tkáně drozofylího křídla, kde si buňky signalizují co je třeba, proteinem decapentaplegic (Dpp). Jde o rozpravu mezi nejbližšími sousedkami ale i těmi za nimi a za nimi,.... nejspíš až do vzdálenosti stonásobku délky buněčného těla. Takový trubkovod eliminuje šumy z okolí a rozpravy se dost podobají tomu, jak spolu dohodnutými signály kdysi komunikoval  lodní můstek s kotelnou, strojovnou a kormidelníkem.

Proč se na to přišlo až nyní? Za to může struktura cytonem a zaběhaný způsob práce s buněčnými kulturami. Výběžky (cytonemy)  jsou sice vyztuženy dlouhými vlákny aktinu, ale i přesto se jedná o křehkou strukturu, kterou i „vánek“ potrhá. Vidět jí proto můžeme prakticky jen na živém preparátu a to ještě na geneticky modifikovaných buňkách. Jasno v tom udělali až genetičtí modifikátoři, kteří do genu tvořícího protein cytoplazmatické membrány naordinovali gen pro molekulu, která po ozáření UV světlem začne zářit. O jakou titěrnost jde nejlépe svědčí připojený obrázek. Ocásek cytonem mívá jen desetinu mikrometru. Je tedy 900x slabší než vlas a desetkrát tenčí, než bičík spermie.

Nejen neurony, i další buňky se domlouvají jemným předivem výběžků. (Kredit T. Kornberg, UCSF)

Dálkové hormonální dělostřelectvo
Samozřejmě, že klasická hormonální buněčná komunikace platit nepřestala. I nadále bude buňkám zcela jedno, zda jim inzulínová informace přijde ze slinivky nebo od intravenózní injekce. K tomuto způsobu komunikace buňky budovat trubkovod nemusí. To, co se mění, je spektrum signálů. Ještě nedávno jsme neměli ani tušení, že by mohly existovat také specializované komunikace, určené jen pro jisté komunity buněk a že se provádí tak dokonalým zasíťováním. Že si taková společenství žijí poněkud sobecky samy pro sebe a že se nenechají okolím moc rušit.  Úloha těchto struktur bude hrát největší roli u vyvíjejících se jedinců. U nás starších bude asi potřebná v případech průšvihů, jakým je léčba zranění ale nejspíš i při průběžné obnově zchátralých částí tělesné schránky pri níž asistují buňky, kterým říkáme kmenové. Jejich komunikace s okolím, jak ukázal tento objev, je komplikovanější, než jsme si představovali. Proto možná některá pracoviště s kmenovými buňkami umí a jiným se jejich výsledky nedaří ani zopakovat. Na vině může být maličkost s potrháním super jemného přediva.  Řídit přeměnu kmenových a  všehoschopných buněk, nepůjde jen nějakým obyčejným „mícháním lektvarů“. Asi bude lepší jim informace servírovat způsobem, který by se co nejvíce přiblížil jejich přirozené dávkové komunikaci potrubní poštou. Nešetrné doplnění media (živin) v kultuře pěstovaných buněk může být tím, co zhatí buňkám náladu a chuť k další spolupráci. Nový poznatek nám tedy říká, že v těle existují lokality v nichž jsou potřeby buněk  precizně definovány a narušení jejich cytonem vede k vzájemné neinformovanosti, chaosu a k tomu, že místo funkční tkáně naroste jen změť buněk.

Závěr má být optimistický
Je pravděpodobné že to, co zvládají muší buňky, budou zvládat i ty naše, lidské. Kterých buněk a ve kterých tkáních šuškanda zprostředkovaná trubkovodem cytonem u nás probíhá, ukážou až další pokusy. Tento způsob komunikace nejspíš využívá i rakovina. Její buňky mají totiž k těm zárodečným kmenovým buňkám, hodně blízko a z toho pramení ten optimismus.  

Literatura
UCSF Cardiovascular Research Institute
Cytoneme-Mediated Contact-Dependent Transport of the Drosophila Decapentaplegic Signaling Protein, Science 2 January 2014